DE10156827A1

DE10156827A1 - System zur Positionsbestimmung von Unterwasserobjekten

Info

Publication number: DE10156827A1
Application number: DE10156827A
Authority: DE
Inventors: Kiyokazu Nishimura
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Nishimura Kiyokazu
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2021-11-21
Also published as: US6501704B2; US20020064092A1; DE10156827B4; JP2002162459A; JP3561881B2

Abstract

Ein System zur Positionsbestimmung von Unterwasserobjekten umfasst ein Arbeitsboot, einen auf dem Arbeitsboot montierten akustischen Sender-Empfänger, erste und zweite Oberflächenschleppeinheiten, die von dem Arbeitsboot geschleppt werden, einen akustischen Wandler, der auf der ersten Oberflächenschleppeinheit montiert ist, der durch ein Kommunikationskabel mit dem akustischen Sender-Empfänger auf dem Arbeitsboot verbunden ist und dessen Position durch ein Funkpositionsbestimmungsmittel bestimmt wird, zwei akustische Empfänger, die auf der zweiten Oberflächenschleppeinheit montiert sind, die durch ein Verbindungskabel mit dem akustischen Sender-Empfänger auf dem Arbeitsboot verbunden sind und deren Positionen durch ein Funkpositionsbestimmungsmittel bestimmt werden. Ein akustischer Impulssender wird auf einem getauchten Positionsbestimmungsziel montiert. Eine Prozessoreinheit auf dem Arbeitsboot berechnet den Standort des getauchten Ziels, basierend auf Daten, die die Positionen des Wandlers und der Empfänger zeigen, und die Distanzen von dem Wandler und den Empfängern zum akustischen Impulssender.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Positions bestimmung unter Wasser, um die Position von getauchten, sich bewe genden Körpern wie z. B. Tiefseeschleppvorrichtungen und dergleichen oder Objekten wie z. B. Unterwasserkolben-Kernbohrer und gesunkenen Schiffen zu bestimmen. Sie bezieht sich insbesondere auf ein Globalpositi onsbestimmungssystem oder ein differentielles Globalpositionsbestim mungssystem (die nachfolgend beide als Globalpositionsbestimmungssys tem oder GPS bezeichnet werden) sowie Systeme zur Positionsbestimmung von Unterwasserobjekten, die eine Kombination von akustischen Positi onsbestimmungssystemen und kurzreichweitigen Positionsbestimmungs systemen auf der Basis von Mikrowellen und Loran C sind.

Wie in Fig. 11 gezeigt ist, verwendet ein herkömmliches System mit langer Grundlinie (LBL) zum Bestimmen der Position eines getauchten, sich bewegenden Objektes drei akustische Transponder 4, die an vorbe stimmten Stellen auf dem Meeresgrund plaziert sind. Ein Wandler 3 ist am Boden eines Arbeitsboots 2 installiert. Die direkte Distanz vom Wand ler 3 zu jedem der akustischen Transponder 4 wird durch Messen der Zeit gemessen, die eine Schallwelle benötigt, um sich vom Wandler 3 zum akustischen Transponder 4 und zurück zum Wandler 3 zu bewegen, was genutzt wird, um die Position des Wandlers 3 innerhalb des durch die akustischen Transponder 4 gebildeten Koordinatensystems zu bestimmen. Indem dann die direkte Distanz von dem getauchten, sich bewegenden Objekt 1 zu den akustischen Transpondern 4 und die Distanz von dem sich bewegenden Objekt 1 zum Wandler 3 des Arbeitsbootes 2 gemessen wird, wird die Position des sich bewegenden Objektes 1 in Ausdrücken des durch die akustischen Transponder 4 gebildeten Koordinatensystems bestimmt.

In dem herkömmlichen System mit besonders kurzer Grundlinie (SSBL) sendet ein an dem Boden oder der Seite eines Arbeitsbootes befes tigter Wandler Schallsignale an einen akustischen Transponder auf dem getauchten, sich bewegenden Objekt, und die Zeit, die die gesendeten Signale benötigen, um empfangen zu werden, wird genutzt, um die direkte Distanz zum Objekt und die Richtung zu bestimmen, in der sich das Objekt bewegt.

Fig. 12 zeigt eine verbesserte Version des herkömmlichen LBL- Systems. Dieses System umfasst einen akustischen Empfänger 6 auf einem Hauptarbeitsboot 2 und akustische Empfänger 7 auf zwei Hilfsar beitsbooten 5. Das getauchte, sich bewegende Objekt 1 ist hier ein tauch fähiges Forschungsfahrzeug, auf dem sich ein synchroner Sonarimpulsge ber 8 befindet. Der synchrone Sonarimpulsgeber 8 sendet Impulse, die Tiefendaten enthalten, und die Impulse werden von den akustischen Empfängern 7 empfangen und genutzt, um die Position des tauchfähigen Forschungsfahrzeugs 1 zu bestimmen.

LBL-Positionsbestimmungssysteme weisen eine gute Genauigkeit der Positionsbestimmung auf, erfordern aber die Verwendung von mindestens drei akustischen Transpondern und haben eine Reichweite von etwa drei oder vier Quadratkilometer. Um solche Systeme für Anwendungen zur großräumigen Positionsbestimmung zu verwenden, müssen zahlreiche Transponder auf dem Meeresgrund angeordnet werden. Außerdem muss das System vorher kalibriert werden, indem die Tiefe der Transponder und ihre relativen Lagen bestimmt werden. Die Operation zur Positionsbe stimmung ist somit nicht effizient.

Obgleich SSBL-Systeme die Bereitstellung mehrerer Transponder oder Kalibrierung nicht erfordern und daher die Operation zur Positionsbe stimmung effizient ist, weisen sie den Nachteil auf, dass die Kürze der Grundlinie eine Verringerung der Genauigkeit zur Folge hat, wenn das System verwendet wird, um Positionen über lange Distanzen zu bestim men.

Das in Fig. 12 gezeigte verbesserte LBL-System ist ein umfangreiches System, da es die Verwendung von zwei Hilfsarbeitsbooten und Leuten, um jedes Boot zu steuern, erfordert. Außerdem kann das von den Schrau ben der Haupt- und Hilfsschiffe erzeugte Geräusch es unmöglich machen, die notwendigen Messablesungen bzw. -skalenwerte aufzuzeichnen. Das System erfordert auch eine Funkanlage, um von den Hilfsarbeitsbooten erhaltene Daten zum Hauptschiff zu senden, und in fremden Gewässern können es Vorschriften über die Nutzung einer Funkübertragung unmög lich machen, das System zu verwenden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Nachteil der vorhergehenden herkömmlichen Systeme zur Positionsbestimmung von Unterwasserobjekten zu beseitigen und daher ein System zur Positi onsbestimmung von Unterwasserobjekten zu schaffen, das eine gute Positionsmessgenauigkeit aufweist, aber nicht die Installation von zwei oder mehr Transpondern auf dem Meeresboden erfordert, nicht kalibriert werden muss und auch keine Hilfsschiffe erfordert, so dass es im Sinne der betreffenden Systemanlage nicht umfangreich ausgebildet werden muss.

Um die obige Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung ein System zur Positionsbestimmung von Unterwasserobjekten vor, mit einem Arbeitsboot, einem auf dem Arbeitsboot montierten akustischen Sender- Empfänger, ersten und zweiten Oberflächenschleppeinheiten, die vom Arbeitsboot geschleppt werden, einem akustischen Wandler, der auf der ersten Oberflächenschleppeinheit montiert ist, der durch ein Kommunika tionskabel mit dem akustischen Sender-Empfänger auf dem Arbeitsboot verbunden ist und dessen Position durch ein Funkpositionsbestim mungsmittel bestimmt wird, zwei akustischen Empfängern, die auf der zweiten Oberflächenschleppeinheit montiert sind, die durch ein Kommu nikationskabel mit dem akustischen Sender-Empfänger auf dem Arbeits boot verbunden sind und deren Positionen durch ein Funkpositionsbe stimmungsmittel bestimmt werden, einem auf einem getauchten Positi onsbestimmungsziel montierten akustischen Impulssender und einem auf dem Arbeitsboot montierten Berechnungsprozessor, der einen Standort des getauchten Ziels basierend auf Positionsdaten über Positionen des akustischen Wandlers und jedes akustischen Empfängers und Distanzda ten über eine Distanz von dem akustischen Wandler und den akustischen Empfängern zum akustischen Impulssender berechnet.

Das obige Funkpositionsbestimmungsmittel kann ein Globalpositi onsbestimmungsmittel sein. Der akustische Impulssender kann ein akus tischer Wandler, ein synchroner Sonarimpulsgeber oder ein synchroner Responder sein. Das getauchte Positionsbestimmungsziel schließt solche Objekte wie Tiefseeschleppvorrichtungen, die von einem Arbeitsboot ge schleppt werden, auf dem Meeresboden liegende gesunkene Schiffe, Kol benkernbohrer, die verwendet werden, um Meeresbodenproben zu gewin nen, und Taucher ein.

Gemäß dem oben beschriebenen Positionsbestimmungssystem dieser Erfindung wird zunächst das Funkpositionsbestimmungsmittel verwendet, um die Standorte des akustischen Wandlers auf der ersten Oberflächen schleppeinheit und der akustische Empfänger auf der zweiten Oberflä chenschleppeinheit zu bestimmen. Die direkte Distanz vom akustischen Wandler auf der ersten Oberflächenschleppeinheit und den akustischen Empfängern auf der zweiten Oberflächenschleppeinheit zu dem akusti schen Impulssender auf dem Positionsbestimmungsziel wird dann aus der Zeit erhalten, die die Schallwelle benötigt, um die Distanz zu durchlaufen. Da der akustische Impulssender sich an dem Punkt befinden wird, an welchem sich die drei Distanzlinien auf einer als Radius genommenen sphärischen Oberfläche schneiden, kann die Position des getauchten Objekts bestimmt werden, indem der Schnittpunkt erhalten wird.

Um die Berechnung zu vereinfachen und die Positionsbestimmungs genauigkeit zu erhöhen, wird die Tiefe des akustischen Impulssenders gemessen, und die drei direkten Distanzen und die Tiefe werden verwen det, um jede der horizontalen Distanzen von dem akustischen Wandler auf der ersten Oberflächenschleppeinheit und den akustischen Empfän gern auf der zweiten Oberflächenschleppeinheit zum akustischen Impuls sender zu erhalten.

In dem Positionsbestimmungssystem gemäß der vorliegenden Erfin dung muss nur ein akustischer Transponder auf dem betreffenden Objekt vorgesehen werden, was die Notwendigkeit im Falle eines herkömmlichen LBL-Systems beseitigt, mindestens drei Transponder auf dem Meeresbo den vorzusehen und eine Systemkalibrierung auszuführen. Die Reichweite der Positionsbestimmung wird folglich vergrößert. Außerdem werden statt Hilfsarbeitsbooten Oberflächenschleppeinheiten verwendet, so dass der Umfang der Systemanlage reduziert werden kann und der Bedarf an Leuten, um die Boote zu steuern, ebenfalls eliminiert wird. Da die durch die akustischen Wandler und -empfänger ermittelten Daten über ein Kabel zum akustischen Impulssender auf dem Hauptarbeitsboot übertragen werden, unterliegt das System außerdem keinen Funkvorschriften.

Weitere Merkmale der Erfindung, ihre Eigenschaft und verschiedene Vorteile werden aus den beiliegenden Zeichnungen und der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung ersichtlicher werden.

Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines Systems zur Positionsbestimmung von Unterwasserobjekten gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfin dung.

Fig. 2 ist eine Draufsicht des in Fig. 1 gezeigten Positionsbestim mungssystems.

Fig. 3 ist eine Draufsicht eines Positionsbestimmungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Informationsver arbeitung durch das Positionsbestimmungssystem der Erfindung veran schaulicht.

Fig. 5 ist ein Zeitablaufdiagramm, das sich auf die akustische Im pulsübertragung und Empfangszustände der Einheiten des Positionsbe stimmungssystems bezieht.

Fig. 6 veranschaulicht das Bestimmen der Position einer Tiefsee schleppvorrichtung mittels des Positionsbestimmungssystems der Erfin dung.

Fig. 7 ist eine Draufsicht einer dritten Ausführungsform des Positi onsbestimmungssystems der Erfindung.

Fig. 8 veranschaulicht die Verwendung des Positionsbestimmungs systems der Erfindung, um die Position eines gesunkenen Schiffes zu bestimmen.

Fig. 9 veranschaulicht die Verwendung des Positionsbestimmungs systems der Erfindung, um die Position eines Kolbenkernbohrers auf dem Meeresboden zu bestimmen.

Fig. 10 veranschaulicht die Verwendung des Positionsbestimmungs systems der Erfindung, um die Position eines Tauchers zu bestimmen.

Fig. 11 veranschaulicht ein LBL-System zur Positionsbestimmung unter Wasser nach dem Stand der Technik.

Fig. 12 veranschaulicht ein System zur Positionsbestimmung unter Wasser nach dem Stand der Technik mit einem Hauptarbeitsboot und Hilfsarbeitsbooten.

Fig. 1 und 2 sind eine Vorder- bzw. Draufsicht einer ersten Ausfüh rungsform eines Systems zum Bestimmen der Position einer getauchten Schleppeinheit 11, die für Vermessungsarbeiten am Meeresboden und dergleichen verwendet wird. Ein akustischer Transponder 12, ein Tiefen anzeiger 13 und ein Meeresboden-Höhenmesser 14 sind auf der getauch ten Schleppeinheit 11 montiert, die von einem Arbeitsboot 15 über eine zweite Schleppleine 25 geschleppt wird. Anstelle des Transponders 12 kann ein synchroner Sonarimpulsgeber verwendet werden, der Schallwel len in festgelegten Intervallen sendet, oder ein Responder, der Schallwellen gemäß vom Arbeitsboot über ein Kommunikationskabel gesendeten Befeh len sendet (im folgenden werden akustische Transponder, synchroner Sonarimpulsgeber und Responder zusammenfassend auch als akustische Impulssender bezeichnet). Im Falle eines synchronen Sonarimpulsgebers oder eines Respondergerätes kann ein akustischer Empfänger für einen akustischen Wandler 18 einer ersten Oberflächenschleppeinheit 16 verwendet werden.

Die getauchte Schleppeinheit 11 wird entsprechend der Tiefe des Meeresbodens bewegt, wofür es bis zu einer maximalen Tiefe von 6000 m getaucht werden kann. Ein Druckmessgerät kann für den Tiefenanzeiger 13 verwendet werden.

Auf der ersten Oberflächenschleppeinheit 16 sind der akustische Wandler 18 und ein Funkpositionsbestimmungssystem 21 montiert. Mittels einer ersten Schleppleine 24a schleppt das Arbeitsboot 15 die erste Oberflächenschleppeinheit 16 in einer Distanz L1 (welche z. B. etwa 50 m beträgt). Auf einer zweiten Oberflächenschleppeinheit 17 sind akustische Wandler 19 und 20, einer auf je einer Seite, und ein Funkpositionsbe stimmungssystem 22 montiert. Mittels einer ersten Schleppleine 24b wird die zweite Oberflächenschleppeinheit 17 vom Arbeitsboot 15 in einer Distanz L2 (welche z. B. etwa 100 m beträgt) hinter der ersten Oberflä chenschleppeinheit 16 geschleppt. Für die Positionsbestimmungssysteme 21 und 22 kann ein Globalpositionsbestimmungssystem oder ein differen tielles Globalpositionsbestimmungssystem (die beide zusammenfassend hierin auch als Globalpositionsbestimmungssystem oder GPS bezeichnet werden) sowie kurzreichweitige Funkpositionsbestimmungssysteme auf der Basis von Mikrowellen und Loran C verwendet werden (die im folgen den auch als Funkpositionsbestimmungssysteme bezeichnet werden).

Ein Kompass 23 kann weggelassen werden, falls ein GPS-Empfänger als das Funkpositionsbestimmungssystem 22 über den akustischen Emp fängern 19 und 20 auf der zweiten Oberflächenschleppeinheit 17 verwen det wird. Die Distanz L1 wird geeigneterweise bei einer Distanz eingestellt, die sicherstellt, dass der Wandler 18 durch das Geräusch des Arbeitsboo tes 15 nicht beeinflusst wird. Die Distanz L2 wird gemäß der gewünschten Positionsbestimmungsgenauigkeit in geeigneter Weise festgelegt. Eine Länge von 2 m und eine Breite von 1 m sind für die Oberflächenschlepp einheiten 16 und 17 ausreichend groß; zu diesem Zweck können Surfbret ter verwendet werden.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Positionsbestimmungs systems der Fig. 1 und 2. Obgleich in der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 die eine zweite Oberflächenschleppeinheit 17 mit den beiden Wandlern 19 und 20 versehen ist, gibt es in der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform zwei zweite Oberflächenschleppeinheiten 17a und 17b, die jeweils einen Wandler aufweisen. Die zweite Schleppeinheit 17a wird vom Arbeitsboot 15 über die erste Oberflächenschleppeinheit 16 geschleppt, die zwischen den ersten Schleppleinen 24a und 24b ist, ähnlich der Ausführungsform in Fig. 1. Die zusätzliche zweite Schleppeinheit 17b wird vom Arbeitsboot 15 direkt und in einer Distanz L3 von diesem mittels einer ersten Schlepp leine 24c parallel zur ersten Oberflächenschleppeinheit 16 geschleppt. Folglich bilden die erste Oberflächenschleppeinheit 16 und die zweiten Oberflächenschleppeinheiten 17a und 17b eine dreieckige Grundlinie. Diese Grundlinie ist größer als diejenige in der ersten Ausführungsform, was die Genauigkeit des Positionsbestimmungssystems verbessert. Im Falle dieser Anordnung kann der Kompass weggelassen werden, falls das Funkpositionsbestimmungssystem 22 ebenfalls auf der zweiten Schlepp einheit 17b vorgesehen ist.

Fig. 4 zeigt das Gerät, das verwendet wird, um akustische Impulse und andere Informationen zu verarbeiten. Ein akustischer Sender- Empfänger 26 und ein Prozessor 27 sind auf dem Arbeitsboot 15 instal liert. Der akustische Sender-Empfänger 26 ist mit dem Wandler 18 und den akustischen Empfängern 19 und 20 durch ein in der Schleppleine enthaltenes Kommunikationskabel verbunden, und der Prozessor 27 ist mit den Funkpositionsbestimmungssystemen 21 und 22 und dem Kom pass 23 durch ein in der Schleppleine enthaltenes Kommunikationskabel verbunden.

Vom Transponder 12 auf der getauchten Schleppeinheit 11 werden von dem auf der ersten Schleppeinheit 16 vorgesehenen Wandler 18 ge sendete akustische Impulse empfangen. Der Transponder 12 sendet akus tische Impulse basierend auf den empfangenen Impulsen. Wie oben be schrieben wurde, kann anstelle eines akustischen Transponders ein syn chroner Sonarimpulsgeber oder ein Responder verwendet werden. Ein Sonarimpulsgeber oder Responder sendet seine eigenen akustischen Impulse, was die Notwendigkeit, Impulse vom Wandler zu senden, elimi niert.

Tiefendaten von dem Tiefenanzeiger 13 werden einer Impulsinter vallmodulation unterzogen und von dem Transponder 12 als zweite akus tische Impulse gesendet. Vom Transponder 12 gesendete erste akusti schen Impulse werden von dem Wandler 18 und den akustischen Emp fängern 19 und 20 empfangen, und der akustische Sender-Empfänger 26 auf dem Arbeitsboot 15 wird genutzt, um die Zeit von der Übertragung vom Wandler 18 bis zum Empfang durch den Wandler 18 und die akusti schen Empfänger 19 und 20 zu messen.

Mit Verweis auf Fig. 5 und 6 wird nun eine Bestimmung der Position der getauchten Schleppeinheit 11 erläutert. Zuerst wird ein das Positions bestimmungssystem bildender GPS-Empfänger 21 verwendet, um die Position (a1, b1) des Wandlers 18 auf der ersten Oberflächenschleppein heit 16 zu bestimmen, und die Positionen (a2, b2), (a3, b3) der akusti schen Empfänger 19 und 20 auf der zweiten Oberflächenschleppeinheit 17 werden bestimmt, indem Lagedaten des Kompass 23 und Positionsbe stimmungsdaten von einem GPS-Empfänger 22 (im Falle der Ausfüh rungsform der Fig. 1 und 2) kombiniert werden, oder mittels der Positi onsbestimmungsdaten von dem GPS-Empfänger 22 (im Falle der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform). Als nächstes werden von dem Transponder 12 auf der getauchten Schleppeinheit 11 gesendete erste Impulse von dem Wandler 18 und den Empfängern 19 und 20 empfangen, und der akusti sche Sender-Empfänger 26 mißt die Zeiten T1, T2, T3, die benötigt wer den, damit die Übertragung von dem Wandler 18 und den Empfängern 19 und 20 empfangen wird.

Falls V die Schallgeschwindigkeit ist, können die direkten Distanzen in R1, R2, R3 vom Transponder 12 zum Wandler 18, Empfänger 19 und Empfänger 20 folgendermaßen erhalten werden: R1 = V × T1, R2 = V × T2, R3 = V × T3. Da der akustische Transponder 12 sich an dem Punkt befin den wird, an welchem R1, R2, R3 sich auf einer als Radius genommenen sphärischen Oberfläche schneiden, kann die Position des Transponders 12 aus den direkten Distanzen R1, R2, R3 berechnet werden. Die Berech nungen können vereinfacht und die Positionsbestimmungsgenauigkeit verbessert werden, indem die Tiefe D des Transponders 12 gemessen wird. Die Tiefe D des Transponders 12 kann berechnet werden, da die zweiten Impulse vom Transponder 12 vom Wandler 18 empfangen werden. Somit können die horizontalen Distanzen S1, S2, S3 vom Transponder 12 zu dem Wandler 18, Empfänger 19 und Empfänger 20 wie folgt berechnet werden: S1² = R1²-D², S2² = R2²-D², S3² = R3²-D².

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist der Punkt, an welchem S1, S2, S3 einan der schneiden, die Position (x, y) des Transponders 12 auf der getauchten Schleppeinheit 11 zur Zeit t₁ Die Position (x, y) kann wie folgt erhalten werden:

(x - a1)² + (y - b1)² = S1²
(x - a2)² + (y - b2)² = S2²
(x - a3)² + (y - b3)² = S3²

In Fig. 6 geben t₂, t₃ jeweils eine Position an, zu der sich der Wandler 18, Empfänger 19, Empfänger 20 und Transponder 12 nach dem Verlauf der jeweiligen Zeiten t₂ und t₃ bewegt haben.

Während in dem obigen Beispiel ein Transponder 12 auf der getauch ten Schleppeinheit 11 montiert ist, kann anstelle des Transponders 12 ein synchroner Sonarimpulsgeber oder ein Responder verwendet werden. Ein akustischer Transponder sendet keine Antwort, falls er das von der Ober fläche gesendete Schallsignal nicht empfangen kann, ein synchroner Sonarimpulsgeber oder ein Responder kann aber eine Schallantwort senden, sogar ohne dass ein akustisches Signal empfangen wird. Ein Mangel der Synchronisierung zwischen dem Arbeitsboot und dem ge tauchten Sonarimpulsgeber kann einen Fehler in den Reichweitendaten erzeugen.

Bei einem indirekt arbeitenden Schleppsystem, bei dem die getauchte Schleppeinheit 11 durch die Schleppleine 25 geschleppt wird (ein System, bei dem Statusinformationen über den Meeresboden nicht direkt gekop pelt zum Arbeitsboot gesendet werden) ist es notwendig, sorgfältig sicher zustellen, daß die Schleppeinheit den Meeresboden nicht trifft. Dazu kann ein Echotongeber oder ein anderer derartiger Sucher für die Meeresboden tiefe mit dem Transponder 12 verbunden werden, um die Höhe vom Mee resboden zu messen, und die Information einer Impulsintervallmodulation unterworfen und als dritte Impulse gesendet werden.

Fig. 7 zeigt eine dritte Ausführungsform des Systems zur Positionsbe stimmung von Unterwasserobjekten der vorliegenden Erfindung. In der zweiten Ausführungsform wird eine erste Oberflächenschleppeinheit 16 mit einem akustischen Empfänger 20 geschleppt, und eine zweite Schleppeinheit 17b mit einem akustischen Empfänger 19 wird vom Arbeitsboot 15 direkt geschleppt. Im Falle dieser dritten Ausführungsform ist der Empfänger 19 auf einer zweiten Schleppeinheit 17a vorgesehen, und der Empfänger 20 ist auf einer zweiten Schleppeinheit 17b vorgese hen. Eine vorgeschriebene Distanz wird zwischen den Schleppeinheiten beibehalten, die mit einer ersten Oberflächenschleppeinheit 16 durch erste Oberflächenschleppleinen 24b und 24c verbunden sind. Die zweiten Schleppeinheiten 17a und 17b haben jeweils einverstellbares Ruder 28, das eingestellt werden kann, um den vorgeschriebenen Abstand zwischen den Schleppeinheiten 17a und 17b aufrechtzuerhalten. In der vorherge henden Erfindung bilden die erste Oberflächenschleppeinheit 16 und die zweiten Oberflächenschleppeinheiten 17a und 17b eine Y-Form, die es möglich macht, die Distanz zwischen dem Wandler 18 und den Empfän gern 19 und 20 leicht einzustellen, was dabei hilft, die Positionsbestim mungsgenauigkeit zu verbessern.

Bis zu diesem Punkt wurde das System mit Verweis auf die erste Oberflächenschleppeinheit 16 und die zweite Oberflächenschleppeinheit 17 beschrieben, die geschleppt werden, während sich das Arbeitsboot 15 vorausbewegt und Positionen bestimmt werden. Im folgenden bezieht sich die Erklärung auf die Bestimmung der Position eines getauchten Objekts während sich das Arbeitsboot nicht bewegt oder driftet.

Fig. 8 veranschaulicht ein Beispiel der Bestimmung der Position eines gesunkenen Schiffes. Wenn ein gesunkenes Schiff gehoben werden soll, ist die Bestimmung der Position des Schiffes im Hinblick auf eine Verbesse rung der Effizienz der Operation von entscheidender Bedeutung.

Zunächst wird ein akustischer Transponder 12 am gesunkenen Schiff 31 auf dem Meeresboden angebracht. In dem veranschaulichten Beispiel treiben das Arbeitsboot 15, die erste Oberflächenschleppeinheit 16, die mit einem Positionsbestimmungssystem 21 und einem akustischen Wand ler 18 versehen ist, und eine zweite Oberflächenschleppeinheit 17, die mit akustischen Empfängern 19 und 20, einem Positionsbestimmungssystem 22 und Kompass 23 versehen ist. In der gleichen Weise wie im vorherge henden beschrieben werden zunächst die Positionsbestimmungssysteme und der Kompass verwendet, um die Positionen des Wandlers 18 und der Empfänger 19 und 20 zu bestimmen. Der Wandler 18 sendet ein akusti sches Signal in Richtung auf den Transponder 12 auf dem Schiff 31, und erste Impulse von dem Transponder 12 werden von dem Wandler 18 und den Empfängern 19 und 20 empfangen. Der akustische Sender- Empfänger auf dem Arbeitsboot 15 mißt die jeweiligen Zeiten T1, T2, T3, die die Übertragung vom Wandler 18 bis zum Empfang durch den Wand ler 18 und die Empfänger 19 und 20 in Anspruch nimmt, um die direkten Distanzen R1, R2, R3 zwischen dem Transponder 12 und dem Wandler 18 und den Empfängern 19 und 20 zu erhalten, wodurch die Position des gesunkenen Schiffes 31 bestimmt wird.

Fig. 9 wird verwendet, um zu zeigen, wie die Position eines Kolben kernbohrers bestimmt wird. Kolbenkernbohrer werden verwendet, um Proben von Ablagerungen auf dem Meeresboden zu gewinnen. Der Kol benkernbohrer 33 wird vom Arbeitsboot 15 am Ende eines Drahtes 32 abgesenkt, bis der Kernbohrer den Meeresboden berührt. Ein (nicht dar gestelltes) Gewicht wird fallengelassen, um den Kernbohrer 33 in die Ablagerungen zu treiben und eine zylindrische Probe zu gewinnen. Am Ende des Drahtes 32 ist ein Transponder 12 angebracht. Vom Wandler 18 auf der ersten Oberflächenschleppeinheit 16 wird ein akustisches Signal an den Transponder 12 gesendet, und die vom Transponder 12 empfange nen und zurückgesendeten ersten Impulse werden von dem Wandler 18 auf der ersten Oberflächenschleppeinheit 16 und den Empfängern 19 und 20 auf der zweiten Oberflächenschleppeinheit 17 empfangen. Die Stelle, an der der Kernbohrer 33 die Probe gewann, kann aus den so erhaltenen Daten bestimmt werden.

Fig. 10 wird verwendet, um zu zeigen, wie die Position eines Tauchers bestimmt wird. Im Sinne einer Gewährleistung der Sicherheit von Tau chern, die an Arbeiten auf dem Meeresboden beteiligt sind, ist eine Be stimmung der Position der Taucher wichtig. Um die Position eines Tau chers 34 bestimmen zu können, wird zuerst ein Transponder 12 an dem Tauchanzug des Tauchers 34 angebracht. In der gleichen Weise wie oben beschrieben sendet der Wandler 18 auf der ersten Oberflächenschleppein heit 16 ein akustisches Signal an den Transponder 12. Die vom Transponder 12 zurückgesendeten ersten Signalimpulse werden vom Wandler 18 und von den Empfängern 19 und 20 auf den zweiten Oberflä chenschleppeinheiten 17a und 17b empfangen, und die so gewonnenen Daten werden verwendet, um den aktuellen Standort des Tauchers zu bestätigen.

Gemäß dem Positionsbestimmungssystem der im vorhergehenden beschriebenen Erfindung werden Funkpositionsbestimmungssysteme wie z. B. GPS-Einheiten, die auf ersten und zweiten Oberflächenschleppeinhei ten montiert sind, verwendet, um die Positionen eines Wandlers auf der ersten Oberflächenschleppeinheit und von Empfängern auf den zweiten Oberflächenschleppeinheiten zu bestimmen. Die direkten Distanzen von dem Wandler auf der ersten Oberflächenschleppeinheit und den Empfän gern auf den zweiten Oberflächenschleppeinheiten zum Transponder werden dann zusammen mit die Tiefe der getauchten Schleppeinheit angebenden Daten verwendet, um die horizontale Distanz von den ersten und zweiten Oberflächenschleppeinheiten zu der getauchten Schleppein heit zu erhalten, wodurch ermöglicht wird, dass die Position der getauch ten Schleppeinheit bestimmt wird.

Dies eliminiert die Notwendigkeit im Falle eines herkömmlichen LBL- Systems, mindestens drei Transponder auf dem Meeresboden vorzusehen und eine Systemkalibrierung auszuführen, und da es keine Beschränkung über die Installationsreichweite der Transponder gibt, wird die Reichweite des Positionsbestimmungssystems vergrößert. Außerdem weist das Sys tem eine längere Grundlinie als die eines herkömmlichen SSBL-Systems auf, was die Positionsbestimmungsgenauigkeit verbessert. Da Oberflä chenschleppeinheiten anstelle der Haupt- und Hilfsarbeitsboote, die vom in Fig. 12 gezeigten herkömmlichen System benötigt werden, verwendet werden, kann der Maßstab der Systemanlage reduziert werden, und der Bedarf an Leuten, um die Boote zu steuern, wird ebenfalls eliminiert. Da die Oberflächenschleppeinheiten zur Montage von Empfängern keine Schraube haben, die ein Geräusch erzeugt, wird die Positionsbestim mungsgenauigkeit nicht verschlechtert. Da die durch die akustischen Wandler und -empfänger ermittelten Daten über eine Kabelverbindung zum akustischen Impulssender auf dem Hauptarbeitsboot übertragen werden, unterliegt das System auch keinen Vorschriften, die sich auf die Verwendung von Funksystemen beziehen.

Claims

1. System zur Positionsbestimmung von Unterwasserobjekten da durch gekennzeichnet, dass es aufweist: ein Arbeitsboot; einen am Arbeitsboot montierten akustischen Sen der-Empfänger; erste und zweite Oberflächenschleppeinheiten, die vom Arbeitsboot geschleppt werden; einen akustischen Wandler, der an der ersten Oberflächenschleppeinheit montiert ist, der durch ein Kommunika tionskabel mit dem akustischen Sender-Empfänger auf dem Arbeitsboot verbunden ist und dessen Position durch ein Funkpositionsbestim mungsmittel bestimmt wird; zwei akustische Empfänger, die auf der zweiten Oberflächenschleppeinheit montiert sind, die durch ein Kommu nikationskabel mit dem akustischen Sender-Empfänger auf dem Arbeits boot verbunden sind und deren Positionen durch ein Funkpositionsbe stimmungsmittel bestimmt werden; einen auf einem getauchten Positi onsbestimmungsziel montierten akustischen Impulssender und einen auf dem Arbeitsboot montierten Berechnungsprozessor, der einen Standort des getauchten Ziels basierend auf Positionsbestimmungsdaten über Positionen des akustischen Wandlers und jedes akustischen Empfängers und Distanzdaten über eine Distanz von dem akustischen Wandler und den akustischen Empfängern zum akustischen Impulssender berechnet.

2. Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 1, wobei das Funk positionsbestimmungsmittel ein Globalpositionsbestimmungssystem ist.

3. Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 1, wobei der akusti sche Impulssender ein akustischer Transponder ist.

4. Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 1, wobei der akusti sche Impulssender ein synchroner Sonarimpulsgeber ist.

5. Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 1, wobei der akusti sche Impulssender ein Synchron-Respondergerät ist.

6. Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 1, wobei das ge tauchte Positionsbestimmungsziel eine vom Arbeitsboot geschleppte ge tauchte Schleppeinheit ist.

7. Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 6, wobei die ge tauchte Schleppeinheit einen Tiefenanzeiger aufweist.

8. Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 6, wobei die ge tauchte Schleppeinheit einen Meeresgrund-Höhenmesser aufweist.

9. Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 1, wobei das ge tauchte Positionsbestimmungsziel ein gesunkenes Schiff ist.

10. Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 1, wobei das ge tauchte Positionsbestimmungsziel ein Kolben-Kernbohrer ist.

11. Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 1, wobei das ge tauchte Positionsbestimmungsziel ein Taucher ist.